CN106425160B - 一种用于焊接uns n10276镍基合金的镍基焊条及其制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种用于焊接UNS N10276镍基合金的镍基焊条，包括焊芯和包覆焊芯的药皮，其特征在于，所述焊芯的各化学成分的重量百分比含量分别为(wt％)：C≤0.015％、Mn≤0.50％、Si≤0.15％、Ni、S≤0.010％、P≤0.015％、Cr15.0％‑17.0％、Mo15.0％‑17.0％、W3.0％‑4.5％、Fe4.0％‑7.0％及不可避免的杂质；所述药皮中各成分的重量百分比含量分别为：金红石粉3～8％、大理石粉30～45％、萤石粉35～50％、长石粉1～5％、云母0.5～2％、钛白粉1.0～3％、氟铝酸盐0.5～1.5％、电解锰0.5～1.5％、钛酸钾2～5％、海藻酸盐1～3％、纯碱0.3％～1.0％、金属铬2％～5％、钼铁1％～2％、镍粉5％～10％、钛铁2％‑8％及粘结剂，各成分的总量为100％。本发明的优点是：配方比例合理，具有良好的焊接工艺性能，并具有良好的焊缝抗裂性。

Description

一种用于焊接UNS N10276镍基合金的镍基焊条及其制备方法

技术领域

本发明涉及一种焊条，更具体的说，是涉及一种用于焊接UNSN10276镍基合金的镍基焊及其制备方法。

背景技术

UNSN10276镍基合金由于在很多强腐蚀介质中具有良好的耐腐蚀性而得到普遍认可。高的钼含量使该材料具有很高的局部腐蚀(如点蚀)抗力；而很低的碳含量能够减少焊接时的碳化物析出，从而保证了焊接接头热影响区的晶间腐蚀抗力。该材料被广泛用于化工、环保、纸浆和造纸业、工业和城市废物处理以及“酸”性天然气的回收利用等方面。在大气污染控制方面，主要应用在烟囱衬里、烟道、挡板门、脱硫喷淋洗涤塔、处理后烟气的再热器、风机以及风机壳等方面。在化工领域，用该合金制造的设备和部件包括热交换器、反应釜、蒸发器和输送管道等。

目前国内能生产UNSN10276镍基合金对应焊接材料ENiCrMo-4的厂家很少，且普通存在焊条飞溅大，全位置焊接工艺较差，焊条易发红等现象。

发明内容

本发明针对现有技术的不足，而提供一种UNSN10276镍基合金焊接用镍基焊条，实现焊接时熔渣流动性好、电弧稳定、熔渣覆盖均匀、飞溅小、脱渣性优良，焊缝光亮、成型美观，焊道高度和焊缝浸润角适中，焊条抗发红能力强以及全方位操作性能好等目的。

镍基合金的熔点较高，采用钛钙渣系药皮配方试制的焊条往往出现熔池流动性不好；焊缝成型不平整、表面光亮度不好、全位置焊接工艺不好以及焊缝抗裂性差等缺点。本发明的解决方案：为保证良好的焊接工艺性能以及焊缝良好的抗裂性，故采用低氢型药皮，对药皮中各组分的比例进行合理化调整。

本发明的一种用于焊接UNSN10276镍基合金的镍基焊条，包括焊芯和包覆焊芯的药皮，所述焊芯的各化学成分的重量百分比含量分别为(wt％)：C≤0.015％、Mn≤0.50％、Si≤0.15％、S≤0.010％、P≤0.015％、Cr15.0％-17.0％、Mo15.0％-17.0％、W3.0％-4.5％、Fe4.0％-7.0％、余量为Ni及不可避免的杂质；所述药皮中各成分的重量百分比含量分别为：金红石粉3～8％、大理石粉30～45％、萤石粉35～50％、长石粉1～5％、云母0.5～2％、钛白粉1.0～3％、氟铝酸盐0.5～1.5％、电解锰0.5～1.5％、钛酸钾2～5％、海藻酸盐1～3％、纯碱0.3％～1.0％、金属铬2％～5％、钼铁1％～2％、镍粉5％～10％、钛铁2％-8％及粘结剂，各成分的总量为100％。

金红石粉中TiO₂含量≥91％，大理石粉中CaCO₃含量≥96％，萤石粉中CaF₂含量≥95％、长石粉中SiO₂含量：50～65％、Al₂O₃含量:15％～25％、K₂O含量≥12％；钛白粉中TiO₂含量≥99％、云母中SiO₂含量：50～65％、Al₂O₃含量:20％～35％、K₂O含量≥7％；电解锰中Mn含量≥99.5％、钛铁中Ti含量≥70％、钛酸钾中TiO₂含量≥65％、氟铝酸盐为化学纯、海藻酸盐中K₂O含量≥10％,而所述加入总成份重20-30％的粘结剂为钠水玻璃或钾水玻璃或钾钠水玻璃，其波美浓度为41.5°～42.5°。

焊条焊接后熔敷金属化学成分的重量百分比含量分别为：C≤0.02％、Mn≤1.0％、Si≤0.20％、S≤0.015％、P≤0.020％、Fe：4.0-7.0％、Mo：15.0～17.0％、W：3.0～4.5％,Cr：14.5～16.5％、Co≤2.5％、Cu≤0.5％、V≤0.35，Ni余量以及不可避免的杂质。

一种用于焊接UNS N10276镍基合金的镍基焊条的制备方法，所述将药皮中各成分的粉料按比例混合均匀后、加入总成分重20-30％的钾钠水玻璃粘结剂，浓度为41.5°～42.5°，搅拌混合均匀；然后送入压条机内按常规方法将其裹覆于焊芯上，再经低温和高温烘焙即成；焊条中药皮的重量为焊条总重量的30-45％。

所述低温烘焙的温度为80-120℃，高温烘焙的温度为300-350℃。

本发明药皮原料中各成分的主要作用如下：

金红石粉：金红石的主要作用是稳定电弧、造渣，调整熔渣的表面张力、粘度、流动性等物理性能，改善提高脱渣性能，改善焊缝成型，减少飞溅等作用；但是太多的金红石易恶化熔敷金属机械性能及抗裂性，因此金红石在药皮中的含量为3～8％。

大理石粉：主要作用是造渣、造气，稳定电弧，提高熔渣碱度，改善脱渣性能，并有较好的脱硫能力和间接脱磷效果，分解CO₂保护焊缝不被氧、氮化，减少焊缝金属中的氢含量；大理石在药皮中的含量为30～45％。

钼铁：钼在焊缝中可有效提高耐腐蚀性能，主要是作为合金剂加入，保证焊缝耐腐蚀性能。一般为1～2％。

钛白粉：主要作用是增塑剂，改善焊条的涂压性，保证焊条的外观质量，因涂压需要和成本较高，不宜太多，用量在1.5～3.0％。

萤石：适量的萤石可以降低液态金属的表面张力，提高其流动性，使得焊缝成型美观，降低焊缝气孔敏感性，并能够降低熔敷金属的扩散氢含量。本发明的萤石含量的合适范围是35～50％。

电解锰：电解锰的加入主要是向焊缝中过度锰元素，提高焊缝金属的强度和塑性，同时可以起到脱氧脱硫、加快焊接反应速度的作用；电解锰在药皮中的含量为0.5～1.5％。

钛酸钾：主要作用是改善焊条焊接工艺性能，还对改善焊条的压涂性能和稳定焊接电弧有益。钛酸钾含量超过10％时，药皮吸潮性增加，钛酸钾含量低于6％时，改善焊条的焊接工艺性能作用不明显，因而限制药皮中钛酸钾含量为2～5％。

氟铝酸盐：主要作用是改善焊条焊接工艺性能，还对稳定焊接电弧有益，但价格较贵。氟铝酸盐含量超过1.5％时，药皮吸潮性增加，氟铝酸盐含量低于0.5％时，改善焊条的焊接工艺性能作用不明显，因而限制药皮中钛酸钾含量为0.5～1.5％。

海藻酸盐：主要作用是稳弧剂和粘结剂，但太多会增加药皮吸潮性，控制含量为1～3％钛铁：主要作用是脱氧剂，提供焊缝抗气孔能力，太多会导致焊缝增碳，因此含量控制在2-8％。

本发明即通过上述成分的有机组配成药皮并与NiCr15Mo15Fe6W4合金焊芯配合从而实现本发明的目的。

本发明的有益效果是：1、配方比例合理，具有良好的焊接工艺性能：电弧稳定性，熔池流动性好，熔渣渣壳覆盖均匀；脱渣容易；焊缝成型平整，并具有良好的焊缝抗裂性。2、本发明焊条焊后熔敷金属的化学成分纯度较高，性能稳定优越，完全符合国家标准GB/T13814以及美国标准AWSA5.11/5.11M的要求。3、本发明焊条的焊缝在很多强腐蚀介质中(特别是在硫酸和盐酸)具有优良的耐腐蚀性，并且在极低温(-196℃)仍保有优良的韧性。4、本发明焊条不仅可用UNS N10276镍基合金焊接，同样也可用于其他镍铬钼合金的焊接，以及异种钢的焊接。

具体实施方式

下面通过具体实施例，对本发明的技术方案作进一步具体的说明，但是本发明并不限于实施例。

本发明的一种用于焊接UNS N10276镍基合金的镍基焊条，包括焊芯和包覆焊芯的药皮，所述焊芯的各化学成分的重量百分比含量分别为(wt％)：C≤0.015％、Mn≤0.50％、Si≤0.15％、S≤0.010％、P≤0.015％、Cr15.0％-17.0％、Mo15.0％-17.0％、W3.0％-4.5％、Fe4.0％-7.0％、余量为Ni及不可避免的杂质；所述药皮中各成分的重量百分比含量分别为：金红石粉3～8％、大理石粉30～45％、萤石粉35～50％、长石粉1～5％、云母0.5～2％、钛白粉1.0～3％、氟铝酸盐0.5～1.5％、电解锰0.5～1.5％、钛酸钾2～5％、海藻酸盐1～3％、纯碱0.3％～1.0％、金属铬2％～5％、钼铁1％～2％、镍粉5％～10％、钛铁2％-8％及粘结剂，各成分的总量为100％。

金红石粉中TiO₂含量≥91％，大理石粉中CaCO₃含量≥96％，萤石粉中CaF₂含量≥95％、长石粉中SiO₂含量：50～65％、Al₂O₃含量:15％～25％、K₂O含量≥12％；钛白粉中TiO₂含量≥99％、云母中SiO₂含量：50～65％、Al₂O₃含量:20％～35％、K₂O含量≥7％；电解锰中Mn含量≥99.5％、钛铁中Ti含量≥70％、钛酸钾中TiO₂含量≥65％、氟铝酸盐为化学纯、海藻酸盐中K₂O含量≥10％,而所述加入总成份重20-30％的粘结剂为钠水玻璃或钾水玻璃或钾钠水玻璃，其波美浓度为41.5°～42.5°。

焊条焊接后熔敷金属化学成分的重量百分比含量分别为：C≤0.02％、Mn≤1.0％、Si≤0.20％、S≤0.015％、P≤0.020％、Fe：4.0-7.0％、Mo：15.0～17.0％、W：3.0～4.5％,Cr：14.5～16.5％、Co≤2.5％、Cu≤0.5％、V≤0.35，Ni余量以及不可避免的杂质。

一种用于焊接UNS N10276镍基合金的镍基焊条的制备方法，所述将药皮中各成分的粉料按比例混合均匀后、加入总成分重20-30％的钾钠水玻璃粘结剂，浓度为41.5°～42.5°，搅拌混合均匀；然后送入压条机内按常规方法将其裹覆于焊芯上，再经低温和高温烘焙即成；焊条中药皮的重量为焊条总重量的30-45％。所述低温烘焙的温度为120℃，高温烘焙的温度为350℃。

以下实施例中选择直径为Φ4.0mm的优质NiCr15Mo15Fe6W4合金焊芯。其具体化学成分见表1；

表1本实施例焊条的焊芯具体化学成分对比(重量％)

实施例焊条的药皮成分配比见表2；

表2实施例焊条的药皮成分配比(重量％)

金红石粉3～8％、大理石粉30～45％、萤石粉35～50％、长石1～5％、云母0.5～2％、钛白粉1.0～3％、氟铝酸盐0.5～1.5％、电解锰0.5～1.5％、钛酸钾2～5％、海藻酸盐1～3％、纯碱0.3％～1.0％、金属铬2％～5％、钼铁1％～2％、镍粉5％～10％、钛铁2％-8％。

本实施例的焊条的制备是在常规的油压型焊条压涂机上压制成电焊条。电焊条经100℃低温烘干和300℃的高温烘干后进行焊接试验。电焊条的熔敷金属的化学成分均列入表3；

表3为实施例电焊条的熔敷金属化学成分(重量％)

表4为本实施例的电焊条熔敷金属的力学性能；

表4力学性能

表5 -196℃冲击性能

序号	焊缝中心	熔合线	熔合线+2mm
				1	90	85	102
2	95	80	91
				3	85	80	106

上述实施例试验结果显示本发明的焊条拥有稳定的良好的拉伸强度和延伸率。

以上所述仅为本发明的实施例，并非因此限制本发明的专利范围，凡是利用本发明说明书内容所作的等效结构或等效流程变换，或直接或间接运用在其他相关的技术领域，均同理包括在本发明的专利保护范围内。

Claims (3)

1.一种用于焊接UNS N10276镍基合金的镍基焊条，包括焊芯和包覆焊芯的药皮，其特征在于，所述焊芯的各化学成分的重量百分比含量分别为(wt％)：C≤0.015％、Mn≤0.50％、Si≤0.15％、S≤0.010％、P≤0.015％、Cr15.0％-17.0％、Mo15.0％-17.0％、W3.0％-4.5％、Fe4.0％-7.0％、余量为Ni及不可避免的杂质；所述药皮中各成分的重量百分比含量分别为：金红石粉3～8％、大理石粉30～45％、萤石粉35～50％、长石粉1～5％、云母0.5～2％、钛白粉1.0～3％、氟铝酸盐0.5～1.5％、电解锰0.5～1.5％、钛酸钾2～5％、海藻酸盐1～3％、纯碱0.3％～1.0％、金属铬2％～5％、钼铁1％～2％、镍粉5％～10％、钛铁2％-8％，各成分的总量为100％，还加入药皮总成分重20-30％的粘结剂，粘结剂为钠水玻璃或钾水玻璃或钾钠水玻璃，其波美浓度为41.5°～42.5°；金红石粉中TiO₂含量≥91％；大理石粉中CaCO₃含量≥96％；萤石粉中CaF₂含量≥95％；长石粉中SiO₂含量：50～65％、Al₂O₃含量:15％～25％、K₂O含量≥12％；钛白粉中TiO₂含量≥99％；云母中SiO₂含量：50～65％、Al₂O₃含量:20％～35％、K₂O含量≥7％；电解锰中Mn含量≥99.5％；钛铁中Ti含量≥70％；钛酸钾中TiO₂含量≥65％；海藻酸盐中K₂O含量≥10％。

2.根据权利要求1所述的一种用于焊接UNS N10276镍基合金的镍基焊条的制备方法，其特征在于，将药皮中各成分的粉料按比例混合均匀后、加入药皮总成分重20-30％的钾钠水玻璃粘结剂，浓度为41.5°～42.5°，搅拌混合均匀；然后送入压条机内按常规方法将其裹覆于焊芯上，再经低温和高温烘焙即成；焊条中药皮的重量为焊条总重量的30-45％。

3.根据权利要求2所述的一种用于焊接UNS N10276镍基合金的镍基焊条的制备方法，其特征在于，所述低温烘焙的温度为80-120℃，高温烘焙的温度为300-350℃。